FR2969693A1

FR2969693A1 - GAS AND VAPOR TURBINES WITH COMBINED CYCLE

Info

Publication number: FR2969693A1
Application number: FR1162305A
Authority: FR
Inventors: Sebastian Walter Freund; Richard Bodek; Thomas Johannes Frey; Pierre Sebastien Huck
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2012-06-29
Also published as: CN102628381A; DE102011056910A1; JP2012132454A; US20120159923A1

Abstract

Centrale électrique (100) à cycle de vapeur comportant une turbine à gaz (10), un refroidisseur intermédiaire (50) de turbine à gaz, une turbine à vapeur (110) et un générateur de vapeur (104) à récupération de chaleur (GVRC). Le refroidisseur intermédiaire (50) de turbine à gaz récupère la chaleur non utilisée produite par l'intermédiaire de la turbine à gaz (10) et transfère sensiblement la totalité de la chaleur récupérée pour produire de la vapeur supplémentaire servant à entraîner la turbine à vapeur (110).A steam cycle power plant (100) comprising a gas turbine (10), a gas turbine cooler (50), a steam turbine (110) and a heat recovery steam generator (104) (GVRC ). The gas turbine cooler (50) recovers unused heat generated through the gas turbine (10) and transfers substantially all of the recovered heat to produce additional steam for driving the steam turbine (110).

Description

B11-5693FR 1 Centrale électrique à turbines à gaz et vapeur à cycle combiné B11-5693EN 1 Combined Cycle Gas Turbine and Combined Steam Power Station

La présente invention concerne de façon générale les moteurs à turbine à gaz et, plus particulièrement, un système et un procédé pour extraire et utiliser de la chaleur provenant du refroidisseur intermédiaire de la turbine à gaz dans un cycle de vapeur. Les moteurs à turbine à gaz comportent globalement, disposés dans l'ordre de l'écoulement, un compresseur haute pression servant à comprimer de l'air circulant dans le moteur, une chambre de combustion dans laquelle un combustible est mélangé à l'air comprimé et enflammé pour former un courant de gaz à haute température, et une turbine haute pression. Le compresseur haute pression, la chambre de combustion et la turbine haute pression sont parfois appelés collectivement générateur de gaz. Au moins certains moteurs à turbine à gaz selon la technique antérieure comportent également un compresseur basse pression, ou surpresseur, pour fournir de l'air comprimé au compresseur haute pression. The present invention generally relates to gas turbine engines and, more particularly, to a system and method for extracting and using heat from the gas turbine intercooler in a steam cycle. The gas turbine engines generally comprise, arranged in the order of flow, a high-pressure compressor for compressing air flowing in the engine, a combustion chamber in which a fuel is mixed with the compressed air and ignited to form a high temperature gas stream, and a high pressure turbine. The high pressure compressor, the combustion chamber and the high pressure turbine are sometimes collectively referred to as a gas generator. At least some prior art gas turbine engines also include a low pressure compressor, or booster, for supplying compressed air to the high pressure compressor.

Des moteurs à turbine à gaz sont utilisés dans de nombreuses applications, dont l'aéronautique, la production d'électricité et la marine. Les caractéristiques de fonctionnement d'un moteur varient, évidemment, d'une application à une autre. Plus particulièrement, dans certaines applications, un moteur à turbine à gaz peut comporter une seule chambre de combustion annulaire, comprenant un circuit d'injection d'eau qui contribue à réduire les émissions d'oxydes d'azote (NOx). Selon une autre possibilité, dans d'autres applications connues, le moteur à turbine à gaz peut comporter une chambre de combustion à faibles émissions par voie sèche (DLE). Gas turbine engines are used in many applications, including aeronautics, power generation and marine. The operating characteristics of an engine vary, of course, from one application to another. More particularly, in certain applications, a gas turbine engine may comprise a single annular combustion chamber, comprising a water injection circuit which contributes to reducing the emissions of nitrogen oxides (NOx). Alternatively, in other known applications, the gas turbine engine may have a low emission dry combustion chamber (DLE).

Les turbines à gaz seules ont un rendement limité et une grande quantité d'énergie utile est perdue sous la forme de gaz d'échappement chauds rejetés dans l'atmosphère ambiante. Pour améliorer le rendement d'une centrale électrique à turbine à gaz et utiliser cette chaleur pour produire davantage d'électricité, de nombreuses turbines à gaz sont équipées d'un générateur de vapeur à récupération de chaleur et d'un cycle de vapeur. C'est ce qu'on appelle un cycle combiné. Les moteurs à turbine à gaz à refroidissement intermédiaire peuvent comporter une chambre de combustion qui peut être une chambre de combustion annulaire unique, une chambre de combustion tubo-annulaire ou une chambre de combustion à DLE. Bien que l'utilisation d'un refroidisseur intermédiaire contribue à améliorer le rendement du moteur, la chaleur rejetée par le refroidisseur intermédiaire n'est pas utilisée par le moteur à turbine à gaz et la chaleur du refroidisseur intermédiaire issue de la turbine à gaz ou du compresseur à refroidisseur intermédiaire est généralement perdue. Dans certaines applications, une tour de refroidissement rejette la chaleur du refroidisseur intermédiaire dans l'atmosphère environnante à un niveau de température bas. On a donc besoin d'un système et d'un procédé perfectionnés pour extraire et utiliser la chaleur provenant d'un refroidisseur intermédiaire de turbine à gaz dans un cycle de vapeur. Selon une première forme de réalisation de l'invention, une centrale électrique à turbine à gaz et vapeur combinés comporte : une turbine à gaz ; un refroidisseur intermédiaire de turbine à gaz ; une turbine à vapeur ; et un générateur de vapeur à récupération de chaleur (GVRC) conçu pour produire de la vapeur servant à entraîner la turbine à vapeur en réponse à la réception du fluide chauffé provenant du refroidisseur intermédiaire de la turbine à gaz. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, une centrale électrique à turbine à gaz et vapeur combinés comporte : une turbine à gaz ; un refroidisseur intermédiaire de turbine à gaz ; une turbine à vapeur ; et un générateur de vapeur à récupération de chaleur (GVRC) monté en aval d'un compresseur de turbine à gaz basse pression et en amont d'un compresseur de turbine à gaz haute pression dans un cycle de vapeur, le GVRC étant conçu pour produire de la vapeur servant à entraîner la turbine à vapeur en réponse à la réception de l'agent de transfert de chaleur par l'intermédiaire du refroidisseur intermédiaire de la turbine à gaz. Gas turbines alone have a limited efficiency and a large amount of useful energy is lost in the form of hot exhaust gases discharged into the ambient atmosphere. To improve the efficiency of a gas turbine power plant and use that heat to produce more electricity, many gas turbines are equipped with a heat recovery steam generator and a steam cycle. This is called a combined cycle. The intermediate cooling gas turbine engines may have a combustion chamber which may be a single annular combustion chamber, a tubular annular combustion chamber or a DLE combustion chamber. Although the use of an intercooler helps to improve the efficiency of the engine, the heat rejected by the aftercooler is not used by the gas turbine engine and the heat of the aftercooler from the gas turbine or compressor to intercooler is usually lost. In some applications, a cooling tower discharges heat from the intercooler into the surrounding atmosphere at a low temperature level. There is therefore a need for an improved system and method for extracting and utilizing heat from a gas turbine intercooler in a steam cycle. According to a first embodiment of the invention, a combined gas turbine and steam turbine power plant comprises: a gas turbine; a gas turbine intercooler; a steam turbine; and a heat recovery steam generator (GVRC) configured to produce steam for driving the steam turbine in response to receiving the heated fluid from the gas turbine intercooler. According to another embodiment of the invention, a combined gas turbine and steam turbine power plant comprises: a gas turbine; a gas turbine intercooler; a steam turbine; and a heat recovery steam generator (GVRC) mounted downstream of a low pressure gas turbine compressor and upstream of a high pressure gas turbine compressor in a steam cycle, the GVRC being designed to produce steam for driving the steam turbine in response to receiving the heat transfer agent through the gas turbine intercooler.

Selon encore une autre forme de réalisation de l'invention, une centrale électrique à turbine à gaz et vapeur combinés comporte : une turbine à gaz ; un refroidisseur intermédiaire de turbine à gaz ; une turbine à vapeur ; et un générateur de vapeur à récupération de chaleur (GVRC), le refroidisseur intermédiaire de turbine à gaz étant conçu pour récupérer la chaleur du refroidissement intermédiaire et utiliser sensiblement la totalité de la chaleur récupérée afin de produire de l'eau chaude et de la vapeur servant à entraîner la turbine à vapeur. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe d'un moteur à turbine à gaz comportant un système de refroidisseur intermédiaire ; et - la figure 2 représente une centrale électrique à cycle combiné selon une forme de réalisation. According to yet another embodiment of the invention, a combined gas and steam turbine power plant comprises: a gas turbine; a gas turbine intercooler; a steam turbine; and a heat recovery steam generator (GVRC), the gas turbine intercooler being adapted to recover heat from the intermediate cooling and utilize substantially all of the heat recovered to produce hot water and steam used to drive the steam turbine. The invention will be better understood on studying the detailed description of an embodiment taken by way of nonlimiting example and illustrated by the appended drawings in which: FIG. 1 is a schematic diagram of an engine gas turbine engine having an intercooler system; and - Figure 2 shows a combined cycle power plant according to one embodiment.

La figure 1 est un schéma de principe d'un moteur 10 à turbine à gaz comportant un système de refroidissement intermédiaire 12. Le moteur 10 à turbine à gaz comporte, en série dans le sens de l'écoulement, un compresseur basse pression ou surpresseur 14, un compresseur haute pression 16, une chambre de combustion tubo-annulaire 18, une turbine haute pression 20, une turbine intermédiaire 22 et une turbine de production d'électricité ou turbine libre 24. Le compresseur basse pression ou surpresseur 14 a une entrée 26 et une sortie 28, et le compresseur haute pression 16 comporte une entrée 30 et une sortie 32. Chaque chambre de combustion tubo-annulaire 18 a une entrée 34 qui coïncide sensiblement avec la sortie 32 du compresseur haute pression, et une sortie 36. Dans une autre forme de réalisation, la chambre de combustion 18 est une chambre de combustion annulaire. Dans une autre forme de réalisation, la chambre de combustion 18 est une chambre de combustion à faibles émissions par voie sèche (DLE). La turbine haute pression 20 est accouplée avec le compresseur haute pression 16 par l'intermédiaire d'un premier arbre 40 de rotor et la turbine intermédiaire 22 est accouplée avec le compresseur basse pression par un second arbre 42 de rotor. Les arbres 40 et 42 de rotors sont chacun alignés d'une manière sensiblement coaxiale par rapport à un axe géométrique central longitudinal 43 du moteur 10. Le moteur peut servir à entraîner une charge (non représentée) qui peut être accouplée avec un arbre 14 de turbine de production d'électricité. Selon une autre possibilité, la charge peut être accouplée avec un prolongement avant (non représenté) de l'arbre 42 de rotor. En fonctionnement, de l'air ambiant, pénétrant par l'entrée 26 du compresseur basse pression, est comprimé et acheminé vers l'aval jusqu'au compresseur haute pression 16. Le compresseur haute pression 16 comprime encore l'air et fournit de l'air haute pression à la chambre de combustion 18, où celui-ci se mélange à un combustible, et le combustible est enflammé pour produire des gaz de combustion à haute température. Les gaz de combustion sont acheminés depuis la chambre de combustion 18 pour entraîner une ou plusieurs turbines 20, 22 et 24. La puissance délivrée par le moteur 10 est au moins partiellement liée aux températures du flux de gaz en divers endroits sur la veine de gaz. Plus spécifiquement, dans l'exemple illustré, la température du flux de gaz à la sortie 32 du compresseur haute pression est étroitement contrôlée pendant le fonctionnement du moteur 10. Réduire la température du flux de gaz entrant dans le compresseur haute pression 16 contribue à réduire l'apport d'énergie nécessité par le compresseur haute pression 16. Pour contribuer à réduire la température du flux de gaz entrant dans le compresseur haute pression 16, le système de refroidisseur intermédiaire 12 comprend un refroidisseur intermédiaire 50 en communication fluidique avec le compresseur basse pression 14. Un flux d'air 53 issu du compresseur basse pression 14 est acheminé jusqu'au refroidisseur intermédiaire 50 pour être refroidi, puis l'air refroidi 55 est renvoyé dans le compresseur haute pression 16. Pendant le fonctionnement, un fluide de refroidissement 58 circule dans le refroidisseur intermédiaire 50 pour évacuer l'énergie extraite de la veine de gaz. Dans une forme de réalisation, le fluide de refroidissement 58 est de l'air et le refroidisseur intermédiaire 50 est un échangeur de chaleur air-air. Dans une autre forme de réalisation, le fluide de refroidissement 58 est de l'eau et le refroidisseur intermédiaire 50 est un échangeur de chaleur air-eau. Le refroidisseur intermédiaire 50 extrait de l'énergie thermique de la veine d'air comprimé 53 et achemine l'air comprimé refroidi 55 jusqu'au compresseur haute pression 16. Plus spécifiquement, dans l'exemple de forme de réalisation, le refroidisseur intermédiaire 50 comprend une pluralité de tubes (non représentés) dans lesquels circule le fluide de refroidissement 58. De la chaleur est transférée de l'air comprimé 53, à travers une pluralité de parois (non représentées) des tubes vers le fluide de refroidissement 58 fourni au refroidisseur intermédiaire 50 via l'entrée 60. De la sorte, le refroidisseur intermédiaire 50 contribue à extraire de la chaleur entre le compresseur basse pression 14 et le compresseur haute pression 16. Réduire la température de l'air entrant dans le compresseur haute pression 16 contribue à réduire l'énergie dépensée par le compresseur haute pression 16 pour comprimer l'air aux pressions de fonctionnement voulues et contribue de ce fait à accroître le taux de compression du moteur à turbine à gaz, ce qui provoque une augmentation de l'énergie extraite du moteur 10 à turbine à gaz et un haut rendement net de fonctionnement de la turbine à gaz 10. Dans un exemple de forme de réalisation, de l'eau d'alimentation circule dans le refroidisseur intermédiaire 50 pour évacuer de l'énergie extraite de la veine de gaz 53 et sert de fluide de refroidissement 58. L'eau d'alimentation est alors chauffée ou transformée en vapeur basse pression (BP), ou une combinaison de ces deux actions est réalisée comme décrit plus en détail ici. De la sorte, la chaleur extraite, si elle est extraite à une température supérieure, approchant dans l'idéal celle de l'air comprimé chaud d'entrée, peut utilement contribuer à la production d'électricité par un cycle aval. Le fait que seule l'eau d'alimentation soit chauffée ou que de la vapeur soit produite dépend de la configuration du cycle aval, des débits massiques requis de l'eau d'alimentation et des températures dans le refroidisseur intermédiaire. Des considérations énergétiques font penser que le fait de chauffer l'eau d'alimentation à pression moyenne ou haute peut fournir un travail disponible plus important à partir de la chaleur du refroidisseur intermédiaire ; cependant, la quantité d'eau d'alimentation à chauffer peut être supérieure à ce dont a besoin le cycle aval et risque d'entrer en concurrence avec les économiseurs des GVRC. L'autre solution consiste à préchauffer à basse pression et à produire de la vapeur. La partie énergie peut dépasser vingt pour cent (20%) de la chaleur disponible du refroidisseur intermédiaire dans des conditions normales. Le refroidisseur intermédiaire 50 peut comporter un échangeur de chaleur à contre-courant ou contre-courants croisés à rendement élevé pour récupérer la chaleur utile contenue dans l'air de refroidissement intermédiaire dans le cas d'applications avec de l'eau d'alimentation. Une configuration adéquate peut comporter, par exemple, un échangeur de chaleur à ailettes en serpentin plat, logé dans une enveloppe sous pression. Le refroidisseur intermédiaire 50 peut servir à produire de l'eau d'alimentation chaude ou de la vapeur saturée en utilisant, dans un échangeur de chaleur adéquat, une fraction notable de la chaleur disponible contenue dans l'air chaud. Cette eau chaude d'alimentation ou cette vapeur saturée, à basse pression pour faciliter l'évaporation à des températures ne dépassant pas une centaine de °C, est envoyée dans un évaporateur (en cas d'eau d'alimentation chaude) ou dans un surchauffeur (en cas de vapeur saturée) dans un générateur de vapeur à récupération de chaleur (GVRC) décrit plus en détail en référence à la figure 2, et est admise dans une turbine basse pression. Le supplément de vapeur produit donc davantage d'électricité. FIG. 1 is a block diagram of a gas turbine engine 10 comprising an intermediate cooling system 12. The gas turbine engine 10 comprises, in series in the direction of flow, a low pressure compressor or booster compressor. 14, a high pressure compressor 16, a tubular annular combustion chamber 18, a high pressure turbine 20, an intermediate turbine 22 and an electricity generating turbine or free turbine 24. The low pressure or booster compressor 14 has an inlet 26 and an outlet 28, and the high pressure compressor 16 has an inlet 30 and an outlet 32. Each tubular annular combustion chamber 18 has an inlet 34 which substantially coincides with the outlet 32 of the high pressure compressor, and an outlet 36. In another embodiment, the combustion chamber 18 is an annular combustion chamber. In another embodiment, the combustion chamber 18 is a low emission dry combustion chamber (DLE). The high pressure turbine 20 is coupled with the high pressure compressor 16 via a first rotor shaft 40 and the intermediate turbine 22 is coupled with the low pressure compressor by a second rotor shaft 42. The shafts 40 and 42 of rotors are each substantially coaxially aligned with respect to a longitudinal central geometrical axis 43 of the motor 10. The motor may be used to drive a load (not shown) that can be coupled with a shaft 14 of turbine generating electricity. Alternatively, the load may be coupled with a forward extension (not shown) of the rotor shaft 42. In operation, ambient air, entering through the inlet 26 of the low-pressure compressor, is compressed and conveyed downstream to the high-pressure compressor 16. The high-pressure compressor 16 further compresses the air and supplies air. high pressure air to the combustion chamber 18, where it is mixed with a fuel, and the fuel is ignited to produce combustion gases at high temperature. The combustion gases are conveyed from the combustion chamber 18 to drive one or more turbines 20, 22 and 24. The power delivered by the engine 10 is at least partially related to the gas flow temperatures at various locations on the gas stream . More specifically, in the illustrated example, the temperature of the gas stream at the outlet 32 of the high pressure compressor is tightly controlled during the operation of the engine 10. Reducing the temperature of the gas stream entering the high pressure compressor 16 helps reduce the contribution of energy required by the high pressure compressor 16. To help reduce the temperature of the gas flow entering the high pressure compressor 16, the intermediate cooler system 12 comprises an intercooler 50 in fluid communication with the low compressor pressure 14. A stream of air 53 from the low-pressure compressor 14 is conveyed to the intercooler 50 to be cooled, and then the cooled air 55 is returned to the high-pressure compressor 16. During operation, a cooling fluid 58 circulates in the intermediate cooler 50 to evacuate the energy extracted from the gas vein . In one embodiment, the coolant 58 is air and the intercooler 50 is an air-to-air heat exchanger. In another embodiment, the coolant 58 is water and the intercooler 50 is an air-water heat exchanger. The intercooler 50 extracts heat energy from the compressed air stream 53 and delivers the cooled compressed air 55 to the high pressure compressor 16. More specifically, in the exemplary embodiment, the intercooler 50 comprises a plurality of tubes (not shown) in which the coolant 58 flows. Heat is transferred from the compressed air 53 through a plurality of walls (not shown) of the tubes to the cooling fluid 58 supplied to the intermediate cooler 50 via the inlet 60. In this way, the aftercooler 50 contributes to extract heat between the low pressure compressor 14 and the high pressure compressor 16. Reduce the temperature of the air entering the high pressure compressor 16 contributes to reducing the energy expended by the high-pressure compressor 16 to compress the air to the desired operating pressures and contributes to thereby increasing the compression ratio of the gas turbine engine, which causes an increase in the energy extracted from the gas turbine engine 10 and a high net operating efficiency of the gas turbine 10. In an example of In one embodiment, feed water flows through the intercooler 50 to exhaust energy extracted from the gas stream 53 and serves as a coolant 58. The feed water is then heated or converted to Low pressure steam (LP), or a combination of these two actions is performed as described in more detail here. In this way, the heat extracted, if extracted at a higher temperature, ideally approaching that of the hot compressed air inlet, can usefully contribute to the production of electricity by a downstream cycle. The fact that only the feed water is heated or steam is produced depends on the downstream cycle configuration, the required mass flow rates of the feed water, and the temperatures in the intercooler. Energy considerations suggest that heating medium or high pressure feed water can provide more available work from the heat of the aftercooler; however, the amount of feedwater to be heated may be greater than what is needed in the downstream cycle and may compete with the GVRC economizers. The other solution is to preheat at low pressure and produce steam. The energy portion may exceed twenty percent (20%) of the available cooler heat under normal conditions. The intercooler 50 may include a countercurrent heat exchanger or high efficiency crosscurrent to recover the useful heat contained in the intermediate cooling air in the case of applications with feedwater. A suitable configuration may include, for example, a flat-coil finned heat exchanger housed in a pressure envelope. The intercooler 50 can be used to produce hot feed water or saturated steam by using, in a suitable heat exchanger, a substantial fraction of the available heat contained in the hot air. This hot feed water or saturated steam, at low pressure to facilitate evaporation at temperatures not exceeding a hundred ° C, is sent to an evaporator (in case of hot feed water) or in a superheater (in case of saturated steam) in a heat recovery steam generator (GVRC) described in more detail with reference to Figure 2, and is admitted in a low pressure turbine. The extra steam therefore produces more electricity.

La figure 2 représente une centrale électrique 100 à cycle combiné selon une forme de réalisation de l'invention. La centrale électrique 100 comporte un système 10 de turbine à gaz haute pression avec un système de combustion 18 et une turbine 20. Le gaz qui sort de la turbine 20 peut être, par exemple, à une pression d'environ 14 kPa (45 psi) dans une application particulière. La centrale électrique 100 comporte en outre un système 110 de turbine à vapeur. Le système 110 de turbine à vapeur comporte une section haute pression 112, une section moyenne pression 114 et une ou plusieurs sections basse pression 116. La section basse pression 116 rejette de la vapeur dans un condenseur 120. Le système 100 de turbine à vapeur est associé à un générateur de vapeur 104 à récupération de chaleur (GVRC). Selon une forme de réalisation, le GVRC 104 est un échangeur de chaleur à contre-courant tel que, lorsque de l'eau d'alimentation passe dans celui-ci, l'eau est chauffée à mesure que les gaz d'échappement de la turbine 16 abandonnent de la chaleur et se refroidissent. Le GVRC104 a trois (3) pressions de fonctionnement différentes (haute, moyenne et basse) avec des moyens pour produire de la vapeur aux diverses pressions et températures en tant qu'apport de vapeur dans les étages correspondants du système 110 de turbine à vapeur. Cependant, la présente invention ne se limite pas à cet exemple et couvre également des formes de réalisation comportant un GVRC à deux pressions, fonctionnant suivant le même principe. Chaque section du GVRC 104 comprend généralement un ou plusieurs économiseurs, évaporateurs et surchauffeurs. Figure 2 shows a combined cycle power plant 100 according to one embodiment of the invention. The power plant 100 includes a high pressure gas turbine system 10 with a combustion system 18 and a turbine 20. The gas exiting the turbine 20 may be, for example, at a pressure of about 14 kPa (45 psi). ) in a particular application. The power station 100 further comprises a steam turbine system 110. The steam turbine system 110 includes a high pressure section 112, a medium pressure section 114 and one or more low pressure sections 116. The low pressure section 116 discharges steam into a condenser 120. The steam turbine system 100 is associated with a heat recovery steam generator 104 (GVRC). According to one embodiment, the GVRC 104 is a countercurrent heat exchanger such that, when feedwater passes therethrough, the water is heated as the exhaust gas flows through the furnace. turbine 16 give up heat and cool down. The GVRC104 has three (3) different operating pressures (high, medium, and low) with means for generating steam at various pressures and temperatures as a vapor feed to the corresponding stages of the steam turbine system 110. However, the present invention is not limited to this example and also covers embodiments comprising a two-pressure GVRC, operating on the same principle. Each section of the GVRC 104 typically includes one or more economizers, evaporators and superheaters.

Le GVRC 104 utilise la chaleur des gaz d'échappement de la turbine 20 pour produire trois (3) courants de vapeur, un courant de vapeur à haute pression 128, un courant de vapeur à moyenne pression 130 et un courant de vapeur à basse pression 132. Ces trois courants de vapeur pénètrent dans les turbines à vapeur haute, moyenne et basse pressions 112, 114, 116 pour produire de l'électricité. Un courant de vapeur à haute pression extrait de la turbine à vapeur haute pression 112 est injecté dans la chambre de combustion 18 de la turbine à gaz. The GVRC 104 utilizes the exhaust heat of the turbine 20 to produce three (3) vapor streams, a high pressure steam stream 128, a medium pressure steam stream 130 and a low pressure vapor stream. These three vapor streams enter the high, medium and low pressure steam turbines 112, 114, 116 to produce electricity. A stream of high pressure steam extracted from the high pressure steam turbine 112 is injected into the combustion chamber 18 of the gas turbine.

Après être sorti de la turbine à vapeur basse pression 116, le courant de vapeur entre dans le condenseur 120 dans lequel la vapeur est condensée sous la forme d'eau liquide. L'eau liquide qui sort du condenseur 120 avec de l'eau d'appoint 122 et de l'eau résiduelle provenant du GVRC 104 pénètrent dans un collecteur 124 d'eau. Par pompage, une quantité appropriée d'eau est amenée à passer du collecteur 124 d'eau au GVRC 104 où l'eau absorbe la chaleur des gaz d'échappement de la turbine à gaz haute pression afin de produire les courants de vapeur requis. Les trois courants de vapeur pénètrent dans les turbines à vapeur 112, 114, 116 pour terminer le cycle aval. Selon une forme de réalisation, la centrale électrique 100 à cycle combiné comporte en outre un refroidisseur intermédiaire 50 de turbine à gaz qui fonctionne de la manière décrite plus haut en référence à la figure 1. Le refroidisseur intermédiaire 50 peut comprendre, par exemple, un échangeur de chaleur à contre-courant ou à contre-courants croisés d'un grand rendement comme expliqué ici, afin de produire de l'eau d'alimentation chaude ou de la vapeur saturée 126 en utilisant une fraction notable de la chaleur disponible prise dans le courant 53 d'air chaud. Cette eau d'alimentation chaude ou cette vapeur saturée 126, à basse pression facilitant l'évaporation à des températures ne dépassant pas une centaine de °C, est introduite dans un évaporateur (en cas d'eau d'alimentation chaude) ou dans un surchauffeur (en cas de vapeur saturée) dans le GVRC 104, puis est admise dans la turbine basse pression 116. Le complément de vapeur produit alors davantage d'électricité, comme indiqué précédemment. De la sorte, le rendement du système est avantageusement accru, alors que, simultanément, les dimensions du circuit de refroidissement sont réduites. En bref, l'invention propose un système et un procédé pour récupérer une grande quantité de la chaleur d'un refroidisseur intermédiaire et produire davantage d'électricité à partir de celle-ci dans un cycle aval d'une turbine à gaz, ce qui supprime donc sensiblement les pertes de chaleur. Comme la chaleur est intégrée dans le cycle aval sous la forme d'eau d'alimentation à haute température ou de vapeur, aucun investissement supplémentaire important n'est nécessaire. On obtient ces résultats avantageux grâce à l'utilisation de la chaleur du refroidisseur intermédiaire bien que sa température soit relativement basse. After exiting the low pressure steam turbine 116, the vapor stream enters the condenser 120 in which the vapor is condensed as liquid water. Liquid water exiting condenser 120 with makeup water 122 and residual water from GVRC 104 enters a water manifold 124. By pumping, a suitable amount of water is passed from the water manifold 124 to the GVRC 104 where the water absorbs heat from the exhaust gases of the high pressure gas turbine to produce the required steam streams. The three vapor streams enter the steam turbines 112, 114, 116 to complete the downstream cycle. According to one embodiment, the combined cycle power plant 100 further comprises a gas turbine cooler 50 which operates as described above with reference to FIG. 1. The intercooler 50 may comprise, for example, a a countercurrent or crossflow countercurrent heat exchanger of high efficiency as explained herein, for producing hot feed water or saturated steam 126 using a substantial fraction of the available heat taken from the current 53 of hot air. This hot feed water or this saturated steam 126, at low pressure, facilitating evaporation at temperatures not exceeding a hundred ° C., is introduced into an evaporator (in the case of hot feed water) or into an evaporator. superheater (in case of saturated steam) in the GVRC 104, then is admitted into the low pressure turbine 116. The additional steam then produces more electricity, as indicated above. In this way, the efficiency of the system is advantageously increased, while simultaneously the dimensions of the cooling circuit are reduced. In brief, the invention provides a system and method for recovering a large amount of heat from an intercooler and producing more electricity therefrom in a downstream cycle of a gas turbine, which therefore substantially eliminates heat losses. Since heat is integrated in the downstream cycle in the form of high temperature feed water or steam, no significant additional investment is required. These advantageous results are obtained by using the heat of the intercooler although its temperature is relatively low.

Liste des repères 10 Moteur à turbine à gaz 12 Système de refroidisseur intermédiaire 14 Compresseur basse pression 16 Compresseur haute pression 18 Chambre de combustion 20 Turbine haute pression 22 Turbine intermédiaire 24 Turbine de production d'électricité 26 Entrée du compresseur basse pression 28 Sortie du compresseur basse pression 30 Entrée du compresseur haute pression 32 Sortie du compresseur haute pression 34 Entrée de la chambre de combustion 36 Sortie de la chambre de combustion 40 Premier arbre de rotor 42 Second arbre de rotor 43 Axe géométrique central longitudinal 44 Arbre de turbine de production d'électricité 50 Refroidisseur intermédiaire 53 Veine d'air 55 Air comprimé refroidi 58 Fluide de refroidissement 60 Entrée du refroidisseur intermédiaire 62 Sortie du refroidisseur intermédiaire 100 Centrale électrique à cycle de vapeur combiné 104 Générateur de vapeur à récupération de chaleur (GVRC) 110 Turbine à vapeur 112 Section haute pression de turbine à vapeur 114 Section moyenne pression de turbine à vapeur 116 Section basse pression de turbine à vapeur 120 Condenseur 122 Eau d'appoint 124 Collecteur d'eau 126 Eau d'alimentation à haute température ou vapeur saturée 128 Courant de vapeur à haute pression 130 Courant de vapeur à moyenne pression 132 Courant de vapeur à basse pression List of Marks 10 Gas Turbine Engine 12 Intercooler System 14 Low Pressure Compressor 16 High Pressure Compressor 18 Combustion Chamber 20 High Pressure Turbine 22 Intermediate Turbine 24 Power Generation Turbine 26 Low Pressure Compressor Inlet 28 Compressor Outlet low pressure 30 High pressure compressor inlet 32 High pressure compressor outlet 34 Combustion chamber inlet 36 Combustion chamber outlet 40 First rotor shaft 42 Second rotor shaft 43 Longitudinal center geometrical shaft 44 Turbine turbine shaft electricity 50 Intermediate cooler 53 Air vein 55 Compressed compressed air 58 Coolant 60 Inlet of intercooler 62 Outlet of aftercooler 100 Combined steam cycle power plant 104 Heat recovery steam generator (GVRC) 110 Steam turbine steam 112 High pressure section Steam Turbine Unit 114 Medium-Pressure Steam Turbine Section 116 Low-Pressure Steam Turbine Section 120 Condenser 122 Make-up Water 124 Water Manifold 126 High-Temperature or Saturated-Steam Supply Water 128 High Vapor Flow pressure 130 Medium pressure vapor stream 132 Low pressure vapor stream

Claims

REVENDICATIONS1. An electric power plant (100) with combined cycle gas and steam turbines comprising: a gas turbine (10); an intermediate gas turbine cooler (50); a steam turbine (110); and a heat recovery steam generator (104) (GVRC) configured to produce steam for driving the steam turbine (110) in response to receiving a heated fluid (126) from the intercooler (50). ) of the gas turbine.

The gas turbine and combined cycle steam power plant (100) according to claim 1, wherein the heated fluid (126) is water.

The gas turbine and combined cycle steam power plant (100) according to claim 1, wherein the heated fluid (126) is comprised of steam.

A gas turbine and combined cycle steam power plant (100), comprising: a gas turbine (10); an intermediate gas turbine cooler (50); a steam turbine (110); and a heat recovery steam generator (104) mounted downstream of a low pressure gas turbine compressor (14) and upstream of a high pressure gas turbine compressor (16) in a cycle. of steam, the GVRC (104) being adapted to produce steam for driving the steam turbine (110) in response to receipt of a heat transfer agent (126) via the turbine aftercooler (50) gas.

The gas turbine and combined cycle steam power plant (100) according to claim 4, wherein the heat transfer agent (126) is water.

The gas turbine and combined cycle steam power plant (100) according to claim 4, wherein the heat transfer agent (126) is steam.

A gas turbine and combined cycle steam power plant (100) according to claim 4, wherein the gas turbine intercooler (50) comprises a countercurrent or crosscurrent heat exchanger.

A gas turbine and combined cycle steam power plant (100) according to claim 4, wherein the gas turbine intercooler (50) comprises a flat coil finned heat exchanger housed in a pressure vessel.

9. A gas turbine and combined cycle steam power plant (100), comprising: a gas turbine (10); an intermediate gas turbine cooler (50); a steam turbine (110); and a heat recovery steam generator (104) (GVRC), the gas turbine cooler (50) being designed to recover heat and use substantially all of the heat recovered to produce hot water and steam for driving the steam turbine (110).

The gas turbine and combined cycle steam power plant (100) according to claim 9, wherein the heat transfer agent (126) is water or steam.